Vad händer med avrinningsområdenas ekosystemtjänster i ett framtida klimat?

Ekosystemtjänster, de nyttor som ekosystemen tillhandahåller människan, är idag ett etablerat begrepp. Även om begreppet används mer och mer frekvent i den svenska förvaltningen finns ett behov att utarbeta bedömning av tillstånd och metodik för att övervaka eventuella förändringar för dessa tjänster, inte minst i tjänster från sötvatten. Sötvattensmiljöer är bland de mest påverkade miljöerna av mänsklig verksamhet. Den biologiska mångfalden minskar och klimatförändringar är ett växande hot. I denna rapport testas metodik för bedömning av tillstånd på ekosystemtjänster på lokal nivå. Rapporten ger en bild över tillstånden på ekosystemtjänsterna i nuvarande klimat och en analys över hur ett urval av ekosystemtjänster kan komma att påverkas givet kommande klimatförändringar i Sverige med mer frekventa översvämningar. Studien är gjord i två fallstudieområden, Arbogaåns och Bällstaåns avrinningsområden. Bedömningen av ekosystemtjänsternas tillstånd är gjord baserat på befintliga direktiv (främst Vattendirektivet och de nationella miljömålen) samt en slutlig expertbedömning. För Arbogaåns avrinningsområde bedömdes majoriteten av ekosystemtjänsternas tillstånd i nuvarande klimat som måttlig. Endast två ekosystemtjänster, rekreation och vetenskap och utbildning bedömdes ha god status. För Bällstaåns avrinningsområde bedömdes däremot flertalet ekosystemtjänsters tillstånd i nuvarande klimat som dålig. En ökad översvämningsrisk påverkar flertalet av de utvalda ekosystemtjänsterna negativt. Då en negativ effekt observeras för viktiga stödjande ekosystemtjänster som biologisk mångfald och livsmiljö i de båda avrinningsområdena riskerar indirekt också majoriteten av resterande ekosystemtjänsterna i vattenekosystemet att bli negativt påverkade. Rapporten ger en bild över ekosystemtjänsternas nuvarande tillstånd och hur klimatförändringar, med ökade översvämningsrisker i Sverige kan påverka tillståndet i framtiden. Översvämning kan leda till läckage av näringsämnen, humusämnen, avloppsvatten, föroreningar och därmed också påverka vattenkvaliteten och ekosystemen i vattnet. Av de ekosystemtjänster som undersöks i denna studie kommer viktiga stödjande ekosystemtjänster som biologisk mångfald och livsmiljö samt reglerande ekosystemtjänster som reglering av övergödning potentiellt påverkas negativt av översvämning. För att undvika att detta sker är det viktigt med fortsatt forskning och analys över tillstånd och åtgärder som kan minimera negativ påverkan på ekosystemtjänsterna i samband med ett förändrat klimat

A comparative analysis reveals weak relationships between ecological factors and beta diversity of stream insect metacommunities at two spatial levels

The hypotheses that beta diversity should increase with decreasing latitude and increase with spatial extent of a region have rarely been tested based on a comparative analysis of multiple datasets, and no such study has focused on stream insects. We first assessed how well variability in beta diversity of stream insect metacommunities is predicted by insect group, latitude, spatial extent, altitudinal range, and dataset properties across multiple drainage basins throughout the world. Second, we assessed the relative roles of environmental and spatial factors in driving variation in assemblage composition within each drainage basin. Our analyses were based on a dataset of 95 stream insect metacommunities from 31 drainage basins distributed around the world. We used dissimilarity-based indices to quantify beta diversity for each metacommunity and, subsequently, regressed beta diversity on insect group, latitude, spatial extent, altitudinal range, and dataset properties (e.g., number of sites and percentage of presences). Within each metacommunity, we used a combination of spatial eigenfunction analyses and partial redundancy analysis to partition variation in assemblage structure into environmental, shared, spatial, and unexplained fractions. We found that dataset properties were more important predictors of beta diversity than ecological and geographical factors across multiple drainage basins. In the within-basin analyses, environmental and spatial variables were generally poor predictors of variation in assemblage composition. Our results revealed deviation from general biodiversity patterns because beta diversity did not show the expected decreasing trend with latitude. Our results also call for reconsideration of just how predictable stream assemblages are along ecological gradients, with implications for environmental assessment and conservation decisions. Our findings may also be applicable to other dynamic systems where predictability is low

Fish biodiversity in different types of tributary mouths located within impounded sections of Swedish boreal rivers

Large boreal rivers in Sweden are generally impounded by hydropower dams and a large proportion of main stem shallow flowing habitats have been lost. Tributaries often contain the last undisturbed habitats and could be important for the conservation of species diversity. In particular, tributary mouth areas could be biodiversity hot-spots, due to their vicinity to the main stem and favorable environmental conditions. In this study, we investigate whether tributary mouth areas in two impounded boreal rivers (Ume River and Lule River) could be regarded as biodiversity hot-spots for fish. Based on standardized electrofishing in 20 tributary mouths, we find that overall fish diversity is generally low. The highest species richness and diversity was found in mouth areas dominated by intermediate substrate sizes (gravel – cobble). Few, if any, species were found in areas where fine sediments (smaller than sand) dominated. The tributary mouth areas had similar species richness and diversity as areas in the tributaries located 1-km upstream of the mouth, but the fish community composition often differed between these two types of sites. Management action favoring fish diversity in the tributary mouth areas could include protection or rehabilitation of areas dominated by medium sized substrate and reduction of erosion and transport of fine sediments in the tributaries. Overall, we find no support for tributary mouths being hot-spots for fish biodiversity and while some patterns in diversity gives hints on suitable management action, it is important to further understand impacts in tributaries and their mouths and the temporal dynamics of the fish community. Aggradation Boreal rivers Fish biodiversity River morphology River sediment size Tributary confluencepublishedVersio

Contrasting long-term trends in juvenile abundance of a widespread cold-water salmonid along a latitudinal gradient: effects of climate, stream size and migration strategy

A changing climate reshapes the range distribution of many organisms, and species with relatively low thermal optima, like many salmonids, are increasingly expected to face local population extinctions at lower latitudes. Understanding where and how fast these changes are happening is of pivotal importance for successful mitigation and conservation efforts.We used an extensive electrofishing database to explore temporal trends of juveniles of brown trout Salmo trutta in 218 locations from 174 Swedish streams, over the last 30 years (1991-2020). We hypothesized that 1) declines in abundance have occurred predominately in the warmer, southern regions, while increases have occurred in the colder, northern regions, 2) larger stream sizes may partly offset negative effects of climate, and 3) migrating and resident populations are affected differently by a warming climate.We found that abundance of brown trout juveniles generally declined in warmer regions especially in smaller streams (<= 6 m wide), while the abundance increased in colder regions. In larger streams, negative effects of higher temperatures were seemingly buffered, as we found lower rates of decline or even positive trends. The rate of change (i.e. the slopes of the trends in abundance) was more pronounced towards the climate extremes, and was on average zero in regions with a normal annual air temperature (average temperature over 30 year period) around 5-6 degrees C. Warmer climate had stronger effects on migrating compared to resident populations, suggesting that climate-induced loss of stream connectivity could be an additional factor that hinders recruitment in anadromous populations in a changing climate.Considering predictions of increasing temperatures and frequency of summer droughts, management of cold-water salmonid populations should focus on conserving and restoring riparian vegetation, wetlands, climate and thermal refugia, and habitat integrity overall. Such measures may, however, not suffice for small streams at lower latitudes, unless hydrological connectivity is maintained

Contrasting long-term trends in juvenile abundance of a widespread cold-water salmonid along a latitudinal gradient: effects of climate, stream size and migration strategy

A changing climate reshapes the range distribution of many organisms, and species with relatively low thermal optima, like many salmonids, are increasingly expected to face local population extinctions at lower latitudes. Understanding where and how fast these changes are happening is of pivotal importance for successful mitigation and conservation efforts. We used an extensive electrofishing database to explore temporal trends of juveniles of brown trout Salmo trutta in 218 locations from 174 Swedish streams, over the last 30 years (1991–2020). We hypothesized that 1) declines in abundance have occurred predominately in the warmer, southern regions, while increases have occurred in the colder, northern regions, 2) larger stream sizes may partly offset negative effects of climate, and 3) migrating and resident populations are affected differently by a warming climate. We found that abundance of brown trout juveniles generally declined in warmer regions especially in smaller streams (≤ 6 m wide), while the abundance increased in colder regions. In larger streams, negative effects of higher temperatures were seemingly buffered, as we found lower rates of decline or even positive trends. The rate of change (i.e. the slopes of the trends in abundance) was more pronounced towards the climate extremes, and was on average zero in regions with a normal annual air temperature (average temperature over 30 year period) around 5–6 °C. Warmer climate had stronger effects on migrating compared to resident populations, suggesting that climate-induced loss of stream connectivity could be an additional factor that hinders recruitment in anadromous populations in a changing climate. Considering predictions of increasing temperatures and frequency of summer droughts, management of cold-water salmonid populations should focus on conserving and restoring riparian vegetation, wetlands, climate and thermal refugia, and habitat integrity overall. Such measures may, however, not suffice for small streams at lower latitudes, unless hydrological connectivity is maintained.publishedVersio

Interactive effects of land use, river regulation, and climate on a key recreational fishing species in temperate and boreal streams

Numerous anthropogenic stressors, including river regulation, excess loadings of nutrients and sediment, channelisation, as well as thermal and hydrological stressors driven by climate change impact riverine ecosystems worldwide. In a time when freshwater degradation and the rate of global warming are faster than ever, understanding the potential interactive effects of local and catchment-scale stressors with large-scale climatic conditions is essential to enhance our ability to plan effective conservation, restoration, and mitigation measures. In this study we analysed a dataset spanning the whole of Sweden using a space-for-time approach to investigate interactive effects of land use, river regulation, and climate on brown trout (Salmo trutta) abundance in streams. We found that in warmer regions trout populations were negatively affected in catchments with more intense river regulation by hydropower dams (i.e. >= 10 m(3)/km(2) total reservoir storage volume). In such catchments, a 7 degrees C warmer mean summer air temperature was associated with an average between 44% and 83% decline in trout abundance. In catchments with less intense river regulation, trout abundance instead increased moderately with increasing temperature. We also found that brown trout abundance declined with increasing areal extent of urban areas when found in combination with >= 20% agricultural land use. When agricultural land use reached maximum values (84%), brown trout abundance decreased from an average of 13 individuals per 100 m(2) in catchments with no urban areas to values = 5% urban land use. Also, brown trout abundance declined with increasing agricultural land use in catchments with >= 3% urban land use. Our study brings innovative empirical evidence of interactive effects between river regulation, land use and climate on brown trout populations. From a management perspective our findings suggest that: (1) restoring natural flows (e.g. through dam removal) and riparian vegetation could mitigate adverse effects of climate change; and (2) restoration measures that minimise the effects of agriculture and urban land use (e.g. reduction of nutrient levels and restored riparian buffer zones) could help rehabilitate brown trout in catchments with high anthropogenic land use change. However, given the large observed variation between streams, we advise for bespoke management actions stemming from sound knowledge of local habitat conditions and target populations, whenever possible, using an ecosystem management-based approach

Biodiversity Restoration and Renewable Energy from Hydropower: Conflict or Synergy?

Hydropower plants have a negative impact on biodiversity by transforming stream habitat and hydrology and thereby affecting aquatic organisms negatively. The negative effects can be mitigated by releasing water into the old river bed. This study investigates if the measure of releasing water creates costs and if ecological conditions at the old river bed contribute to such an impact. To this end, we used the cost-minimization framework in economics for deriving hypotheses. Tests were made with data from a survey to 76 hydropower plants in Sweden with questions on existence of a cost, size of the plant, type of water release from reservoirs, characteristics of the dried downstream old river bed, and official statistics on ecological status of the downstream dried segments. The results showed that 42% of the plants reported no cost, measured as impact on electricity production, from release of water into downstream old river bed. We applied logit and probit models to explain the probability of a cost. Significant results were obtained were the electricity produced and program for minimum water discharges increase the probability of loss in electricity production, but favorable ecological conditions in the old river bed decrease the probability of a cost

För var dag blir det bättre men bra lär det aldrig bli

Stora utsläppsminskningar av försurande svavel de senaste decennierna har lett till att svaveldepositionen nu är tillbaka på samma nivåer som för 100 år sedan. Detta har åtföljts av minskad surhet i sjöar och vattendrag och tecken på biologisk återhämtning. Samtidigt är många vatten fortfarande försurade och uppnår därmed inte kravet god ekologisk status i EUs ramdirektiv för vatten (WFD). Försurningsproblemets omfattning motiverar att ”Bara naturlig försurning” är ett av Sveriges 16 miljömål. Denna rapport är en uppföljning av två av försurningsmålets preciseringar om att det försurande nedfallet inte ska överskrida den kritiska belastningen för vad naturen tål och att Sveriges sjöar och vattendrag ska uppnå minst god ekologisk status enligt WFD. Trender av vattenkemi presenteras från försurningskänsliga sjöar och vattendrag inom den nationella och regionala miljöövervakningen. Bedömningen av andelen försurade sjöar och överskridande av kritisk belastning baserar sig på miljöövervakningsprogrammet med sjöar i omdrev. Utvärderingen baserar sig på en indelning i fyra regioner med olika försurning som följer länsgränser och Högsta kustlinjen. Bedömningen av biologisk återhämtning från försurning baserar sig på en litteraturstudie. En utvärdering av historisk och nutida förekomst av mört som indikator på återhämtning från försurning presenteras också. Vattenkemiska trender analyserades i jonsvaga trendstationer med ANC < 0,3 mekv/l (ANC = syraneutraliserande förmåga). Urvalet gav 95 sjöar med tidsserier 1988-2013. Huvuddelen av sjöarna hade ursprungligen valts för att vara referenser till kalkningsverksamheten och lämpar sig därför väl för att studera återhämtning från försurning. Sjöarna saknar större påverkan från punktkällor och jordbruk så variation i klimat och deposition är därmed de främsta orsakerna till förändring. För vattendragen avgränsades data till perioden 1998-2013 för att få tillräckligt många stationer för en regional analys, 64 stycken. Vattendragen har en mer heterogen sammansättning, med allt från små skogsbäckar till inlandsstationer i de stora älvarna. Sulfathalten och ANC minskade i sjöar i hela landet 1988-2013. En viss utplaning av trenden har skett, men minskningen har fortsatt även de senaste åren trots att depositionsminskningen planat ut. I södra halvan av Sverige minskade även halten baskatjoner (Ca, Mg, Na och K), vilket kan tolkas som en effekt av minskat försurningstryck. Halten naturligt organiskt kol (TOC) ökade i sjöar hela landet förutom I Norrlands inland. I den mest försurningspåverkade sydvästra delen av landet ökade alkalinitet och pH. En signifikant pH-ökning noterades även i Norrlands inland,men det har troligen naturliga orsaker. Ett urval av de 57 suraste sjöarna visade att förekomsten av pH-värden under 5,6 har minskat. Detta värde brukar anges som tröskelvärde för förekomst av mört, och resultaten tyder på att det finns kemiska förutsättningar för en biologisk återhämtning i många sjöar. Även i vattendragen minskade sulfathalten i hela landet. Få signifikanta trender noterades för övriga parametrar, delvis på grund av de 10 år kortare tidsserierna jämfört med sjöarna. En signifikant minskning av halten baskatjoner noterades I sydvästra Sverige liksom ökande TOC-halter i sydvästra samt östra och mellersta Institutionen för vatten och miljö Sverige. I Norrlands inland ökade alkaliniteten signifikant, troligen på grund av naturlig klimatstyrd variation. I tre sura bäckar ökade förekomsten av pH-värden över 5,6. En trendanalys av bottenfauna i sjöar och vattendrag i Europa och Nordamerika visade på ökad biodiversitet kopplat till minskande sulfathalter, med särskilt tydliga trender i Sverige. Samtidigt visar fördjupande studier på komplexiteten i kontrollen av biodiversiteten vilket försvårar att entydigt koppla trenderna till återhämtning från försurning. En undersökning av mörtbeståndens utveckling de senaste ca.100 åren i 19 sjöar där mört försvunnit under försurningsperioden visade på en viss återhämtning från försurning, delvis på grund av kalkning. I 11 av sjöarna hade mörten kommit tillbaka. Av dessa var 10 kalkade. Mörten hade bara återkommit i 1 av 3 okalkadesjöar. År 2010 var 10 % av Sveriges sjöar > 1 ha försurade. Bedömningen baseras på bedömningsgrunderna och innebär en minskning av pH-värdet med mer än 0,4 enheter sedan 1860 enligt geokemisk modellering (MAGIC). För kalkade sjöar beräknades de vattenkemiska parametrarna om för att ta bort effekten av kalkning innan bedömningen gjordes. Tillståndet innebär en återhämtning från 17 % försuradesjöar 1990. Prognoser för 2020 visar inte på någon ytterligare återhämtning. Försurningspåverkan är störst i sydvästra Sverige, 47 % av sjöarna, medan den är minst i Norrlands inland, 2 %. En kritisk granskning av bedömningen visar att bristande kunskap om dynamiken för svavel och kol ger en viss risk för överskattning av försurningen. Risken är störst i Norra Sverige där depositionen är tillbaka på nivåer nära bakgrundshalterna och där små fel därmed kan få stor betydelse. Den kritiska belastningen av försurande ämnen för sjöar överskreds på 17 % av Sveriges areal 2010. Det är en avsevärd minskning sedan 1980 då 58 % av arealen hade ett överskridande. År 2020 förväntas överskridandet vara ner på 10 % om alla beslutade åtgärder genomförs i Europa och inom den internationella sjöfarten. Beräkningarna av försurningspåverkan och överskridande av kritisk belastning visar på en omfattande förbättring av miljötillståndet med minskad försurning och minskat överskridande av kritisk belastning de senaste decennierna. Samtidigt visar prognoserna inte på någon fortsatt förbättring. Det innebär att med dagens miljömålsformulering, beräkningsmodeller och markanvändning går miljömålet inte att uppnå

Fysisk restaurering av sjöar

Denna rapport beskriver översiktligt omfattningen av antropogen påverkan på våra sjöar och vilka effekter detta fått på biologisk mångfald, ekosystemets funktion och på ekosystemtjänster. Fokus ligger på att beskriva möjliga fysiska restaureringsåtgärder. Vi går igenom exempel från ett antal genomförda sjörestaureringar, både nationellt och internationellt, och försöker ge generella rekommendationer för olika åtgärder. Det kan dock inledningsvis konstateras att det finns mycket få redovisade arbeten om fysisk sjörestaurering, frånsett olika åtgärder i eutrofierade vatten. Det gör att detta inte är en litteratursammanställning eftersom en sådan hade dominerats helt av olika typer av påverkan och endast motåtgärder mot övergödning. Utav de cirka 4000 restaureringsåtgärder som finns redovisade i databasen ”Åtgärder i Vatten” berör endast ett tiotal sjörestaurering. De problemområden som tas upp är reglerade sjöar, sänkta sjöar, övergödning, förlorad funktion av strandzon och kantzon samt förlorad konnektivitet. Många av dessa problem hänger ihop, till exempel sänkta och övergödda sjöar, och det är komplexa samband som styr möjligheter och effekter av restaurering. Det finns flera exempel på hur man trots omfattande insatser inte nått ända fram. Varje restaureringsprojekt är unikt och har egna förutsättningar. Eftersom det är komplexa samband som ger negativ påverkan är det inte enkelt att sätta tydliga mål för restaureringen. Detta försvåras ytterligare av att det inte finns statiska tillstånd i naturen. Restaureringsåtgärderna måste ses i ett holistiskt perspektiv, både över tid, inom avrinningsområdet och med beaktande av olika ekosystemtjänster och andra verksamheter. De exempel som finns visar ofta att vi inte lyckats fullt ut därför att åtgärderna inte tillåts vara omfattande nog. För reglerade sjöar rekommenderas att regleringen så långt möjligt följer den naturliga flödesregimen, att regleringen i mindre sjöar inte får överstiga den naturliga variationen ett normalår. Som ett riktvärde högst en meters amplitud.  För sänkta sjöar finns tre möjliga vägar, att höja vattennivån, att muddra djupare (endast lämpligt i vissa sjöar) eller en kombination av de båda. Ofta är det svårt att få utrymme för en höjning av sjön, varför olika typer av muddring blir aktuellt, ofta efter en inledande eliminering av överflöd av växter. För övergödda sjöar är det avgörande att avlasta extern- och internbelastning. Det senare innebär att muddring av de närsaltrika översta sedimenten krävs. Alternativ kan vara att kemiskt binda fosforn i sedimenten. Muddringen har dock fördelen att även öka vattendjupet och i bästa fall kan fosforn komma till användning på landbacken. Lågflödesmuddring ser ut att vara det bästa alternativet i lite större och djupa vatten, medan mer igenväxta små och grunda sjöar kan pontonmuddras. Sjöars konnektivitet och behovet av att återfå en kant- och strandzon med naturliga processer berörs också